100 великих научных открытий

Данные выводы вплотную приблизили Гюйгенса к открытию поляризации света. Как выяснилось в ходе дальнейших наблюдений, обыкновенный луч распространяет свои колебания перпендикулярно главному сечению, а у необыкновенного плоскость колебаний совпадает с плоскостью сечения. Выйдя из кристалла, лучи направляются в одну сторону, но их поляризация (то самое направление колебаний) остается разной.

Несмотря на все эти наблюдения, многие ученые XVIII в. были приверженцами корпускулярной теории света, согласно которой световой поток представляет собой прямолинейное движение частиц-корпускул. Впрочем, данная теория не могла объяснить таких явлений, как поляризация, интерференция и дифракция, потому ученым в конце концов просто пришлось вспомнить подзабытую концепцию световых волн.

Первым раскритиковать корпускулярную теорию рискнул английский ученый широкого профиля Томас Юнг (1773–1829). Особый акцент он сделал на том, что данная концепция не объясняет, почему из слабых и мощных источников частицы света вылетают на одной скорости и почему на границе двух разных сред одни лучи преломляются, а другие отражаются.

Дабы устранить эти противоречия, Юнг предложил альтернативную концепцию: мол, свет — не что иное, как колебание частиц в упругом и разреженном эфире, заполняющем собой всю Вселенную. Ради доказательства своей точки зрения ученый показал, как происходит интерференция света: напротив окна он установил экран с двумя близко расположенными отверстиями, а за этим экраном поставил еще один. Падая из окна на первый экран, поток света проходил через отверстия в виде двух отдельных пучков и двумя перекрывающимися конусами «врезался» во второй экран, образуя на нем интерференционные полосы.

Стоило Юнгу закрыть одно из отверстий в первом экране, как вместо полос появлялись дифракционные кольца. Это явление ученый объяснил тем, что световая волна, прошедшая сквозь отверстие, наложилась на собственное отражение от экрана. Юнгу даже удалось вычислить длины волн каждого цвета — для этого он попросту измерил промежутки между кольцами.

Позицию Юнга поддержал французский физик О. Ж. Френель (1788–1827), который сам поставил целую серию оптических опытов, а выводы изложил в труде, посвященном дифракции. Работа попала на конкурс Французской АН, и судить ее взялись маститые академики Д. Ф. Араго, П. С. Лаплас, Ж. Л. Гей-Люссак и пр., которые придерживались традиционной идеи корпускул. Поначалу, конечно, коллегию немало удивило: как посередине тени от экрана может появиться светлое пятно? Однако опыт показал, что именно так и есть, и ученые вынуждены были признать волновую теорию Френеля.

Последняя точка в споре адептов волн и корпускул была поставлена в середине XIX в., когда француз Ж. Б. Фуко с помощью вращающегося зеркала измерил скорость световых лучей в воде, сравнил ее со скоростью в воздухе и продемонстрировал, что более плотная среда (вода) замедляет потоки света. Это означало одно: свет имеет волновую природу, ведь если бы он состоял из частиц, то в оптически плотной среде — как утверждала корпускулярная теория — должен был бы ускориться.

Теория Френеля вполне соответствовала как закону Снеллиуса, так и принципу наименьшего времени Ферма: для «путешествия» из пункта А в пункт В (даже если эти точки лежат в разных средах) луч всегда выбирает путь, наименее затратный по времени, то есть минимальной оптической длины. Об этом писал еще античный ученый Птолемей Александрийский, который прославился работами в области оптики. Можно сказать, греки и были теми, кто впервые открыл, что свет — это волна.

Инфракрасное излучение

О существовании особых тепловых лучей люди догадывались еще в глубокой древности. Так, римский поэт и философ Тит Лукреций Кар (ок. 99–55 до н. э.) в произведении «О природе вещей» писал, что Солнце обладает жаркими невидимыми огнями. Впрочем, исследовать данное явление начали лишь в XVII в., когда наука перешла с мистически-философского уровня на экспериментальный. Особый же интерес к тепловым процессам пробудился в конце XVIII в. в связи с внедрением в промышленность паровых машин.

В 1777 г. шведский химик Карл Шееле опубликовал «Химический трактат о воздухе и огне», где впервые ввел понятие «лучистой теплоты», не представив, однако, никаких температурных измерений этих лучей. Чуть позже была опубликована «Пирометрия», написанная немецким ученым Иоганном Ламбертом, который проверил выводы Шееле опытным путем и заметил следующее: луч тепла всегда прямой, и с расстоянием его интенсивность уменьшается.

Таким образом, оба ученых обратили внимание на то, что «лучистая теплота», подобно свету, характеризуется прямолинейной траекторией и способностью отражаться. Но о том, насколько тесно эти излучения связаны между собой, ни Ламберт, ни Шееле не догадывались.